CN107931828B - 激光加工中的一键定位方法、激光加工方法及系统 - Google Patents

激光加工中的一键定位方法、激光加工方法及系统 Download PDF

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    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • G06T7/75—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods involving models

Abstract

本发明涉及一种激光加工中的一键定位方法、激光加工方法及系统。该定位方法包括：预先生成靶标的多种标准靶标模板；获取待加工的工件的类型及所使用的靶标类型；从所述多种标准模板中选择与待加工的工件的类型及靶标类型对应的标准靶标模板；根据所述标准靶标模板进行定位。该激光加工方法包括该定位方法。该激光加工系统应用该激光加工方法。上述定位方法、加工方法及系统，通过预先生成多种不同类型工件的标准靶标模板，省去了在进行定位时的学习时间，提高了定位的效率。

Description

激光加工中的一键定位方法、激光加工方法及系统
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光加工中的定位方法、激光加工方法及系统。
背景技术
随着手机、通讯电子、汽车等行业需求的增量发展，智能制造产品功能逐渐丰富。PCB&FPC板在这些产品中的作用举足轻重，随着新材料、新技术的发展应用，PCB&FPC外形尺寸及结构发生了根本性的改变，不同材料印制压合的高频板、IC载板、通讯接口板、电源板等成为了线路板行业发展的主流类型。
为了满足高量级产品的应用需求，流水线上一个批次的制造往往集合了几十万上亿个产品。小巧模块化的产品生产中配套的自动化生产装备，精细化程度非常高。其中的激光柔性生产也早已引入FPC的生产，例如FPC加工所需的打标、切割、组装焊接生产环节。其通过带有机器视觉功能，自动引导激光在PCB&FPC上面实现相应的柔性切割，足够精细的高能密度激光慢慢替换了机械的刀具、磨具等生产方式，不仅PCB&FPC的外观和精度堪称完美，而且样品制作时可以完全替换磨具，节省生产周期及新产品的开发成本。
但是PCB&FPC切割精度及效率会由于靶标的定位因素不好导致下降。
传统的靶标定位流程如图1所示，主要包括两个步骤：1、学习模板；2、靶标定位。
1、学习模板
A主程序→D分析加工文件→C、E机器视觉功能模块→F学习靶标图像→D存取模板数据。
2、靶标定位
A主程序→D分析加工文件→CE机器视觉功能模块→F分析靶标图像→D匹配模板数据。
带有机器视觉的激光加工系统基本靶标定位流程中，模板会随着靶标背景、材质等外界因素影响较易出现变化，如果调用及操作不当将会导致机器精度偏移，所以对于不同料号的带有靶标定位的工件(例如PCB&FPC)加工需要单独学习靶标模板数据信息，反复的模板学习要花出更多工时降低了生产效率。
发明内容
基于此，有必要提供一种可以提高定位精度及效率的激光加工中的定位方法。
一种激光加工中的定位方法，包括：
预先生成多种标准靶标模板；
自动判断获取待加工的工件的类型及所使用的靶标类型；
从所述多种标准靶标模板中自动选择判断与待加工的工件的类型及靶标类型对应的标准靶标模板；
根据所述对应的标准靶标模板进行定位。
在其中一个实施例中，所述靶标包括圆形靶标、方形靶标以及十字形靶标中的一种或两种以上。
在其中一个实施例中，所述预先生成靶标的多种标准靶标模板的步骤包括：
对一种类型的工件的产品特征进行分析，获取所述工件采用的靶标的基本信息；
将工件上的靶标进行成像处理，并根据靶标的基本信息和设定的参数进行训练，获取所述一种类型的工件的标准靶标模板；
重复生成多种类型的工件的标准靶标模板。
在其中一个实施例中，所述设定的参数包括卡尺数量、对比度、极性、搜索区域、训练区域、搜索阈值、搜索角度以及缩放比。
在其中一个实施例中，所述将工件上的靶标进行成像处理的步骤包括：
将待加工的工件放置于加工平台上；
调整工件的位置使第一个靶标位于机器视觉成像区域；
调整成像区域的亮度，使第一个靶标成像清晰。
在其中一个实施例中，所述成像区域为6.4mm×4.85mm、所述亮度为255个亮度等级中的100等级的亮度。
在其中一个实施例中，所述标准靶标模板以文件存储的方式存储在激光加工主程序的同一目录下。
在其中一个实施例中，所述标准靶标模板以文件存储的方式存储在服务器中，并被多个激光加工系统联网访问。
一种激光加工方法，包括上述的定位方法，还包括加工的步骤。
一种激光加工系统，包括：
数据库，用于存储为实现一键定位功能而预先生成靶标的多种标准靶标模板；
一键定位模块，用于获取待加工的工件的类型及所使用的靶标类型；从所述多种标准模板中选择与待加工的工件的类型及靶标类型对应的标准靶标模板；根据所述标准靶标模板进行定位；
加工模块，对待加工的工件根据预设程序进行加工。
上述一键定位方法、加工方法及系统，通过预先生成多种不同类型工件的标准靶标模板，省去了在进行定位时的学习时间，提高了定位的效率。
附图说明
图1为传统的激光加工中的靶标定位过程示意图；
图2为一实施例的激光加工中的一键定位方法流程图；
图3为一实施例的激光加工系统模块图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2为一实施例的激光加工中的一键定位方法流程图。该方法包括以下步骤S110～S140。
步骤S110：预先生成靶标的多种标准靶标模板。所述靶标包括圆形靶标、方形靶标以及十字形靶标中的一种或两种以上。标准靶标模板用于在定位中与工件中由视觉模块获得的靶标图形进行匹配，作为识别靶标的标准。
本步骤可以包括：
步骤S111：对一种类型的工件的产品特征进行分析，获取所述工件采用的靶标的基本信息。工件的产品特征可以包括工件的形状、大小、靶标可能的分布位置、范围等。一种类型的工件，基于其产品特征，靶标设置通常是不会发生变化的。靶标的基本信息包括使用的靶标的形状，例如圆形或者十字形等。
步骤S112：将工件上的靶标进行成像处理，并根据靶标的基本信息和设定的参数进行训练，获取所述一种类型的工件的标准靶标模板。所述设定的参数包括卡尺数量、对比度、极性、搜索区域、训练区域、搜索阈值、搜索角度以及缩放比。其中：
(1)卡尺个数，图像中识别标准靶标模板有效信息的数量(本实施例所指的卡尺个数：指获取一键定位功能模板相关几何图形的参数，譬如一个圆形模板根据产品的定位精度和效率来综合设置合适卡尺数量拟合其边缘轮廓信息，转化为CCD有效数字信息)；
(2)对比度，图像中识别标准靶标模板边缘信息的数量；
(3)极性，图像中的标准靶标模板边缘亮暗属性或黑白方向；
(4)搜索区域，标准靶标模板图像中的识别范围；
(5)训练区域，图像中包含标准靶标模板特征的范围，可以为全图，局部；
(6)搜索阈值，标准靶标模板特征匹配的有效数值(0-1)；
(7)搜索角度，允许标准靶标模板旋转的角度范围，默认为-5到5；
(8)缩放比，图像中靶标与系统标准靶标模板尺寸大小的比例。
即使是同一类型的工件，在外界因素的影响下，靶标在检测时还是会出现偏差，例如背景光照的偏差。因此，可以对基本靶标进行各种训练，使其符合各种不同影响因素下的呈现结果。通过大量的训练，使一键定位功能标准靶标模板可以模拟实际情况，在检测中能够作为标准对照，从而实现靶标的检测和定位。
步骤S113：重复生成多种类型的工件的标准靶标模板。将不同类型的工件按照上述步骤S111～S112进行处理，获得多种类型的工件的标准靶标模板。
经过上述步骤S110的处理，最终得到多种标准靶标模板。该步骤是一个预先处理的步骤。
在其中一个实施例中，具有一键定位功能的所述标准靶标模板以文件存储的方式存储在激光加工主程序的同一目录下。这样后续的激光加工主程序就可以方便地调用这些预先设置好的标准靶标模板。
在其中一个实施例中，所述标准靶标模板以文件存储的方式存储在服务器中，并被多个激光加工系统联网访问。这样标准靶标模板就可以被共享，大大提高生产效率。
步骤S120：获取待加工的工件的类型及所使用的靶标类型。在开始定位处理的过程后，首先获取待加工的工件的类型及所使用的靶标类型。如前所述，一种类型的工件，基于其产品特征，靶标设置通常是不会发生变化的。因此，获取待加工的工件的类型后，就能够基于该工件的类型和靶标类型确定标准靶标模板。
步骤S130：从所述多种标准模板中选择与待加工的工件的类型及靶标类型对应的标准靶标模板。通过确定待加工的工件的类型及靶标类型，可以确定标准靶标模板。
步骤S140：根据所述标准靶标模板进行定位。即将待加工的工件上的靶标和一键定位功能标准靶标模板进行匹配，检测工件上的靶标，并利用其进行定位。
本步骤可以包括：
步骤S141：将待加工的工件放置于加工平台上。
步骤S142：调整工件的位置使第一个靶标位于机器视觉成像区域。所述成像区域为6.4mm×4.85mm、所述亮度为255个亮度等级中的100等级的亮度。
步骤S143：调整成像区域的亮度，使第一个靶标成像清晰。
步骤S144：根据其他靶标与第一个靶标的相对位置关系，移动和检索下一个靶标并进行定位。
上述激光加工一键定位方法，通过事先的大量训练得到多种标准的靶标模板，在进行定位时，只需要启动一次定位指令，就可以自动搜索匹配对应的标准靶标模板用于定位，省去了不同工件在不同工艺过程中的模板学习时间，实现了一键定位。
上述激光加工一键定位方法可以应用于激光加工方法中，在执行上述定位方法后，可以执行加工的步骤。
基于相同发明构思，还提供一种激光加工系统。如图3所示，该激光加工系统包括数据库100、一键定位模块200以及加工模块300。
数据库100用于存储为实现一键定位功能而预先生成的靶标的多种标准靶标模板。多种标准靶标模板的生成可以参考上述步骤S110。
一键定位模块200用于获取待加工的工件的类型及所使用的靶标类型；从所述多种标准模板中选择与待加工的工件的类型及靶标类型对应的标准靶标模板；根据所述标准靶标模板进行定位。一键定位模块200在此处主要指激光加工系统中能够被执行的程序模块，但实际的控制及执行还要依赖于激光加工系统中的多个部分的配合，例如机器视觉部分、移动平台的控制部分等等。
加工模块300对待加工的工件根据预设程序进行加工。激光加工一般包括切割，实现精准切割的前提是进行精准定位。在一键定位模块200根据标准靶标模板进行定位后，加工模块300就能够准确地进行激光加工了。
以PCB&FPC板的激光加工为例，在应用上述定位方法进行激光加工时，具体可以按照以下方法操作：
(1)文件处理，将需要加工的PCB&FPC板所包含的切割图形及定位靶标进行编程处理，转化为系统可读写的文件，输入上位机主程序。
(2)将需要定位加工的PCB&FPC板放置在加工平台上，调整放板的位置，让PCB&FPC板的第一个靶标位于机器视觉成像区域，以让CCD准确地识别靶标，其作用是准确获得靶标模板的基本信息。所述的CCD视野内影像的分辨率通常为：5um。在其中一个实施例中，所述的与CCD镜头远心定焦定倍镜头，其工作距离通常为：65mm。
(3)开启机器加工平台的吸附系统或放板治具，使其吸稳PCB&FPC板，保证PCB&FPC板在加工过程中不会产生晃动。
(4)调整CCD光源亮度，使所要识别的PCB&FPC靶标在CCD视野中完整清晰地显示。靶标在自动定位时不得超出机器视觉的扫描范围。在其中一个实施例中，作为定位靶标的材质对于光照的吸收和反射特性应较为接近。
(5)让吸附系统或放板治具的Z轴和CCD联动，微调CCD的加工焦距，调用机器视觉定位工具并设置靶标模板的识别范围、亮度、极性等参数，在靶标图像中以靶标为基本的定位图像单元进行模板训练、搜索、匹配，依次完成系统标准靶标的识别、学习，并自动存储在上位机软件可执行的标准文件路径，以备主程序存取调用。
参数包括：搜索范围：6.4*4.85mm，局部按实际靶标大小与背景的差异优化设置；数字光源亮度，一般设置为255个亮度等级中的100等级；搜索数量默认为1，极性指模板本身的亮暗属性，以靶标成像后的亮度特性正确设置。
(6)加工系统将对标准靶标模板文件夹中存储的标准靶标模板信息实时的解析，判断等优化处理，移动平台匹配PCB&FPC所有靶标的坐标，获取PCB&FPC加工所需的位置信息，发送指令让伺服系统与激光系统交互工作，准确地完成PCB&FPC板的定位加工。
上述一键定位功能自动定位加工原理的概要基于以上功能描述，其定位功能设计要点包括：
1、适用性广，适用不同类型的靶标定位；
2、兼容不同料号的靶标自动定位，多机共享模板数据；
3、标准靶标数据与加工文件分开存取，模板数据稳定安全性高；
4、操作简捷，现场使用配置灵活；
5、模板设置分级管理，便于生产现场人员管理。
上述一键定位功能自动定位方案：首先充分利用了机器视觉系统的定位模块，包括圆形、方形以及十字形等多种PCB&FPC靶标定位工具，可适用客户多种不同类型产品的定位加工使用需求。每种定位工具可根据靶标的类型选取正确的定位工具，系统根据预设的标准模板类型判断。每一种产品调用对应的标准靶标模板去匹配，当靶标模板类型调用不当时可以提示是否选择其它工具予以匹配，这时可以手动设置模板，如果在上位机可执行的模板数据文件夹里已经存储编译了其它类型的靶标模板，系统则会尝试其它类型的靶标模板依次匹配，直到完成PCB&FPC上面的所有靶标的识别定位，使激光加工系统准确高效地完成PCB&FPC的生产加工。
一键定位功能靶标模板的生成及应用权限：标准靶标模板的参数设置及操作流程上较一般的靶标模板要简化，在充分理解其原理及靶标的特性来设计调整模板数据，这就使得重复的模板学习步骤变得简单，让机台自动定位生产更为稳定可靠，解决了激光加工设备对使用者专业要求高，无需定员定岗的生产条件，通过远程连接就可以构建生产车间的多台激光设备的生产文件，标准靶标模板数据分类、共享，系统设置不同的操作权限、分级管理，让单机的靶标定位及生产效率大副提升，让激光加工转化为真正批量生产制备优势。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种激光加工中的一键定位方法，包括：
预先生成靶标的多种标准靶标模板，包括：
对一种类型的工件的产品特征进行分析，获取所述工件采用的靶标的基本信息；
将工件上的靶标进行成像处理，并根据靶标的基本信息和设定的参数进行训练，获取所述一种类型的工件的标准靶标模板；所述标准靶标模板模拟实际情况，在检测中作为标准对照；
重复生成多种类型的工件的标准靶标模板；
获取待加工的工件的类型及所使用的靶标类型；
从所述多种标准靶标模板中选择与待加工的工件的类型及靶标类型对应的标准靶标模板；
根据所述对应的标准靶标模板进行定位。
2.根据权利要求1所述的激光加工中的一键定位方法，其特征在于，所述靶标包括圆形靶标、方形靶标以及十字形靶标中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的激光加工中的一键定位方法，其特征在于，所述设定的参数包括卡尺数量、对比度、极性、搜索区域、训练区域、搜索阈值、搜索角度以及缩放比。
4.根据权利要求1所述的激光加工中的一键定位方法，其特征在于，所述将工件上的靶标进行成像处理的步骤包括：
将待加工的工件放置于加工平台上；
调整工件的位置使第一个靶标位于机器视觉成像区域；
调整成像区域的亮度，使第一个靶标成像清晰。
5.根据权利要求4所述的激光加工中的一键定位方法，其特征在于，所述成像区域为6.4mm×4.85mm、所述亮度为255个亮度等级中的100等级的亮度。
6.根据权利要求1所述的激光加工中的一键定位方法，其特征在于，所述标准靶标模板以文件存储的方式存储在激光加工主程序的同一目录下。
7.根据权利要求1所述的激光加工中的一键定位方法，其特征在于，所述标准靶标模板以文件存储的方式存储在服务器中，并被多个激光加工系统联网访问。
8.一种激光加工方法，包括权利要求1～7任一项所述的一键定位方法，还包括加工的步骤。
9.一种激光加工系统，包括：
数据库，用于存储为实现一键定位功能而预先生成的靶标的多种标准靶标模板；
一键定位模块，用于获取待加工的工件的类型及所使用的靶标类型：对一种类型的工件的产品特征进行分析，获取所述工件采用的靶标的基本信息；将工件上的靶标进行成像处理，并根据靶标的基本信息和设定的参数进行训练，获取所述一种类型的工件的标准靶标模板；所述标准靶标模板模拟实际情况，在检测中作为标准对照；重复生成多种类型的工件的标准靶标模板；选择与待加工的工件的类型及靶标类型对应的标准靶标模板；根据所述标准靶标模板进行定位；
加工模块，对待加工的工件根据预设程序进行加工。
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